超平面与平面有什么区别?为什么超平面用方程 w^T+b=0 来表示?

我需要了解SVM的基本概念。请大家帮助我理解超平面的表示方式以及核函数的概念?


回答:

虽然@某人的回答的第一部分很好,但其余部分并未回答原问题,因此需要进一步的细节:

公式

为什么超平面方程是w^Tx+b=0?首先,你需要了解w^Tx=<w,x>x的作用。它基本上是将x(从(0,0)开始的向量)投影到w(也是从(0,0)开始的向量)。因此,结果可以是正数(xw之间的角度小于90度),等于0(它们垂直)或负数(角度大于90度)。所以你可以看到,只有当这两个对象垂直时,它才等于0,剩下的就是从原点(0,0)的距离,这是通过添加常数b来实现的。从几何角度来看,w被称为“超平面的法向量”,简单来说,就是与超平面垂直的向量。因此,如果你现在计算<w,x>并得到0,xw垂直,而w与超平面垂直,所以x位于超平面上。

核函数

核函数,无非是前述公式中标量乘积<w,x>的另一种表达。使用K(x,y)代替的原因是,它假设你有一些“魔法”映射到某个不同的空间phi。换句话说,如果你有一个函数phi,它以某种方式重新排列你的点,使它们更容易分类,那么你可以在phi(X), L上训练一个线性SVM,而不是X,L(其中L是正确的标签)。问题在于,找到一个好的phi非常困难。在实践中,我们通常选择一个随机或任意的phi,它简单地将点映射到更高维度。这是一个已知的数学事实,在更高维度中,点更容易分离。特别是,如果你有N个点x_1, ..., x_N,你总能选择这样的phi,使得phi(x_i)=[0 0 0 ... 1 ... 0],其中这个1出现在第i个位置。不幸的是,这样的phi(X)计算成本很高,因此我们使用核函数来代替,核函数定义为K(x,y)=<phi(x), phi(y)>。所以我们不需要知道phi的具体值,而是只需要知道通过phi映射的点之间的标量乘积。这就是核函数的作用,它们表示在某些不同空间中的标量乘积。特别是,RBF核函数将每个点映射到…函数(实际上是一个高斯分布)。因此,phi(x)具有无限维度且无法有效计算,但两个函数之间的标量乘积只是它们的乘积的积分,这是一个相当简单的对象。

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